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活性炭在储氢技术中的吸附原理

发布时间:2020-05-13 浏览

活性炭是多孔炭的代表,具有各种各样的形态,如:粉末状、颗粒状、纤维状等。通过对含碳材料进行高温和活化剂(如氧化性气体和化学活化剂)反应处理,从而赋予炭材料发达的微细孔,使得活性炭材料具有更大的比表面积和发达的孔结构,这种材料通常作为储能材料的优良吸附剂。

那么,活性炭在储氢技术中的吸附原理是什么?下面我们一起了解下活性炭在储氢技术中的吸附原理。

吸附是物质在相的界面上浓度发生变化的现象。物质在表面层的浓度大于内部浓度的吸附称为正吸附,反之,表面层的浓度小于内部浓度的吸附称为负吸附。已被吸附的原子或分子,返回到气相中的现象称为解吸或脱附。

吸附作用仅仅发生在两相交界面上,它是一种表面现象。一切固体都具有不同程度的将周围介质的分子、原子或离子吸附到自己表面上的能力。固体表面之所以能够吸附其他介质,就是因为固体表面具有过剩的能量,即表面自由焓。吸附其他物质是朝向减低表面自由焓的方向进行的,它是一个自发过程。

在物理吸附过程中,吸附剂与吸附质表面之间是范德华力。当吸附质和吸附剂分子的间距大于二者零位能的分子间距时,范德华力发生作用,使吸附质分子落入吸附剂分子的浅位阱qp处,放出吸附热,发生物理吸附。

发生化学吸附时,被吸附分子与吸附剂表面原子发生化学作用,这是生成表面络合物的过程。当一个正常的不作表面运动的气体分子和固体吸附剂发生碰撞时,如果所发生的是非弹性碰撞,则气相和固相均发生不可察觉的变化。化学变化的起因是非弹性碰撞和俘获。气相分子向固相转移能量,是导致非弹性碰撞的直接原因,而固体表面势阱的存在是非弹性碰撞存在的先决条件。当气态分子与表面碰撞损失的能量超过某一个临界值之后,分子将没有能力爬出表面势阱而被俘获。被俘获的分子就在固体表面进行一系列变化,如:表面迁移、表面重构、吸附态的转变等,从而发生化学吸附。在化学吸附中,吸附质和吸附剂之间产生离子键、共价键等化学键。它们比范德华力大1-2个数量级。因此,吸附质分析需要克服浅位阱qp和深位阱qc之间的位垒Ea,也就是化学吸附的活化能,然后进入深位阱qc。此时吸附反应将能放出较大的化学热而产生化学吸附。

物理吸附的特点是,吸附作用比较小,吸附热小,可以对多层吸附质产生作用。化学吸附的特点恰恰相反,它的吸附作用强,吸附热大,吸附具有选择性,需要克服活化能。一般只吸附单层,吸附和解析的速度比较慢。

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